哎,你说这事儿怪不怪?前几年咱们聊起存储芯片,那满嘴都是三星、海力士、美光这些外国名儿,心里头多少有点儿不是滋味。可最近一两年,风向好像悄悄变了。身边不少搞硬件的朋友,攒机选固态硬盘(SSD)的时候,开始会特意问一句:“用的是长江存储的颗粒吗?” 这转变可不是空穴来风。今天咱就掰扯掰扯,长江存储手里那张最大的王牌——长江存储3D NAND架构,到底有啥过人之处,能在这巨头林立的赛道上杀出一条血路。

咱得先搞明白,传统的3D NAND芯片是怎么做的。通俗讲,就像盖一栋住人的大楼(存储单元)和配套的物业管理中心(外围电路),它俩是在同一块地基(晶圆)上,一起规划、一起盖起来的。这么干有个麻烦:电路这“物业中心”挺占地方的,而且工艺制程还得兼顾“楼房”和“物业”,往往互相迁就,最后楼也盖不高,物业办事效率也上不去-4

长江存储的解法,堪称一个“分居而后合”的妙招。这就是他们独创的晶栈(Xtacking)架构的精髓:把人(存储单元阵列)和物业(外围逻辑电路)彻底分开,让它们在两片独立的晶圆上各自用最合适的工艺去建造。存储单元那边就专心往高了堆叠,好比用一套成熟的工艺盖一栋超高的塔楼;逻辑电路这边呢,则可以放手采用更先进、速度更快的制程,就像给物业中心配上最智能的管理系统。等两边都完美竣工,再用一个叫“混合键合”的神奇技术,像搭乐高一样,把两片晶圆严丝合缝地“粘”在一起,瞬间变身为一个完整的、高性能的芯片-4。这个长江存储3D NAND架构最直接的好处,就是实现了存储密度和I/O性能的双重飞跃,因为它让两边都解放了手脚,不用再互相将就。

光有想法不够,还得看手艺活。这“粘”的功夫,就是Xtacking技术代际升级的核心。到了最新的Xtacking 4.0,这手艺已经精进了“次微米级别”的铜-铜直接键合-1。你可别小看这精度提升,它意味着两片晶圆之间数十亿个垂直互联通道对接得无比精准,信号传输路径更优,损耗更小,芯片还能做得更薄-1。这就好比两片精密机械的齿轮咬合得分毫不差,运转起来自然顺畅又高效。正是靠着这份“匠心”,长江存储不仅成功量产了267层的3D NAND闪存-1,其第五代TLC产品(如X4-9070)的I/O接口速度更是飙到了3600MT/s,比上一代足足快了50%-7。速度上去了,功耗还能优化,这“能效比”一出来,产品竞争力蹭蹭往上涨。

你说技术好,是骡子是马还得拉出来遛遛。咱就看看实际产品。有评测机构拿到了搭载Xtacking 4.0闪存颗粒(X4-9070)的长江存储PC450 SSD,发现其性能提升实实在在。而且芯片布局更合理,散热表现比上一代已经很好的产品还要出色-5。更重要的是,在国际权威机构TechInsights的芯片级拆解对比中,长江存储232层产品的位密度(衡量存储效率的关键指标)达到了惊人的15.03 Gb/mm²,在同期产品中领先于三星、SK海力士和美光-8。这“密度领先”可不是自卖自夸,是实打实的硬实力体现,直接意味着在同样大小的芯片里,长江存储能塞进更多数据,成本优势也就出来了。这就是长江存储3D NAND架构从实验室走进市场,并开始重塑竞争格局的生动写照。

当然啦,路还长着呢。虽然300层以上的技术已经在布局-1,但前面依然有良率爬升、供应链韧性等大山要爬。不过,凭借Xtacking这种从底层重构的创新路径,长江存储确实找到了一条差异化竞争的赛道。它不再仅仅是层数的追赶者,更在架构创新、存储密度和综合性能上,成为了一个有力的挑战者。对于咱们消费者来说,这绝对是好事一桩——市场竞争越激烈,咱能买到的高性价比好产品就越多。指不定哪天,那句“用的是长江存储颗粒吗?”会成为高品质、高性价比SSD的标配问询呢。


网友互动问答

@数码老饕: 一直听你们说Xtacking架构是“两片晶圆键合”,这技术听起来很厉害,但它真的比三星、海力士他们用的“外围单元(COP)”之类的方法强很多吗?强在哪儿?

答: 这位朋友问到点子上了,这是个非常好的技术对比问题。简单说,两者目标类似,都是为了提高密度和性能,但实现路径和效果侧重点确有不同。

三星等公司采用的“外围单元(COP或PUC)”技术,可以理解为在单颗晶圆上做“立体改造”:把外围电路从存储单元旁边挪到了存储单元阵列的“地下室”-8。这确实节省了平面面积,提升了密度。但它的存储阵列和电路仍然共用同一套晶圆基底和工艺流程,算是一种高度集成的“单栋复合建筑”。

而长江存储的Xtacking则是更彻底的“物理分离,专业建造,后天融合”。它的核心优势在于极致的灵活性与优化的独立性

  1. 工艺最优解:存储单元堆叠(如蚀刻技术)和逻辑电路制造(如先进制程)是半导体中差异很大的领域。Xtacking允许两者分别采用最适合、最经济、且可能不同代的工艺线生产,不受彼此制约-4。逻辑电路部分甚至可以提前用上更先进的制程来提升速度。

  2. 并行生产,缩短周期:两片晶圆独立加工,能大幅缩短整体生产时间,加快技术迭代和产品上市速度。

  3. 密度与性能的叠加优势:正因为解除了相互制约,存储单元可以更专注于堆叠层数和高深宽比蚀刻(长江存储的通道孔技术就很出色-1),逻辑电路则可以专注于高速、低功耗设计。最后通过高精度混合键合(Xtacking 4.0的关键-1)将两者的优势“强强联合”。这带来的是存储密度(得益于更高效的阵列设计)和I/O接口速度(得益于更先进的逻辑工艺)的双重显著提升。数据显示,其产品在达到高密度的同时,I/O速度能提升50%-7,这便是分离架构带来的综合红利。

所以,可以这么比喻:COP像是在一栋楼里巧妙挖出了地下室和夹层;而Xtacking则是先分别建好一栋超高的住宅塔楼和一座超智能的独立指挥中心,再用高速电梯群(垂直通道)将它们无缝连接成一个超级综合体。后者在系统设计的灵活性和最终的性能上限上,理论上更具潜力。

@SSD实战派: 理论听着不错,但咱们普通用户买SSD最关心稳定、可靠和价格。长江存储用这个架构的颗粒,做的消费级SSD靠谱吗?寿命、稳定性比起国际大牌咋样?

答: 非常实在的问题,一切技术最终都要落到用户体验上。从目前市场反馈和产品信息披露来看,采用Xtacking架构的长江存储颗粒,在消费级SSD上的表现是相当可靠且具有高性价比的。

首先,可靠性有底层保障。Xtacking架构本身有助于提升可靠性。独立的逻辑晶圆可以采用更成熟、更稳定的制程来制造控制电路,这有助于降低外围电路的故障率。官方数据也指出,Xtacking 4.0技术平台带来了更优异的数据耐久度-7。在量产过程中,能够通过267层这样高堆叠层数的工艺验证-1,本身就证明了其制程控制和良率已经达到了相当高的水平,这是产品稳定性的基础。

市场检验反响积极。近年来,多家国内外知名存储品牌都推出了基于长江存储颗粒的SSD产品,覆盖从入门到高端的各个段位。在消费市场和评测中,这些产品以“高性价比”、“性能不弱”著称。特别是搭配了Xtacking 4.0颗粒的新一代产品,其高速读写和良好的温控表现获得了认可-5。大规模的市场应用本身就是对稳定性的最好测试。

关于价格与寿命。由于Xtacking架构可能带来更高的晶圆利用效率和生产率,加之其高存储密度优势-8,有助于降低单颗芯片的成本,这是其高性价比的来源。至于寿命,主流消费级TLC SSD的TBW(总写入字节数)指标主要取决于主控方案、固件调校和颗粒等级。目前采用长存颗粒的优质SSD,其提供的保修政策和TBW数值与国际同档次品牌产品处于同一水准,完全能够满足绝大多数普通用户和游戏玩家甚至部分内容创作者的使用需求。当然,对于最顶级的极限玩家或企业级场景,各家都有更专业的产品线。

@未来观察家: 现在长江存储都做到267层了,也在搞300层以上。但总感觉是被制裁逼着在层数上猛追。Xtacking架构的未来发展潜力到底还有多大?下一个突破点可能在哪儿?

答: 这个问题很有深度,触及了技术发展的本质。首先,需要澄清的是,层数增加虽然是3D NAND发展的主线,但绝非唯一目标,更不是被“逼着追”那么简单。在层数竞赛背后,Xtacking架构的未来潜力恰恰在于它可能帮助行业跳出“唯层数论”,开辟新的竞争维度

我认为其下一个突破点可能集中在以下几个方面:

  1. 超越层数:三维集成与异质集成。Xtacking的本质是两种不同功能硅片的三维集成。未来,其潜力远不止于堆叠更多层相同的存储单元。它可以演进为更广义的“异质集成”平台。例如,是否可以将计算单元(存算一体)、新型存储介质(如DRAM缓存)甚至特定功能的IP核,通过更先进的键合技术与3D NAND阵列集成?这可能会催生出颠覆性的“智能存储”或“超异构”芯片,从根本上改变存储与计算的关系。

  2. 键合技术的极限探索。当前Xtacking 4.0的铜-铜键合已达到次微米精度-1。下一步是向纳米级精度迈进,同时增加单位面积内的垂直互联通道数量。这能进一步减少延迟、提升带宽、降低功耗。同时,探索更低温、更高效的键合材料与工艺,对于集成更多样、更精密的器件至关重要。

  3. 系统级优化与软硬协同。当I/O速度随着架构升级而不断提升(如从3600MT/s向更高进发-7),如何避免成为系统中其他部件(如主控、接口)的瓶颈?这就需要从系统层面设计新的控制器架构、接口协议(如NVMe),甚至让主机软件更能感知和利用存储介质的特性(如ZNS)。未来的竞争,将是“架构-电路-工艺-系统-生态”的全链条竞争。

  4. 成本与可持续性的平衡。随着堆叠层数逼近物理和成本极限,如何用更少的层数、更小的芯片面积实现更高的有效容量和性能,即追求“有效成本密度”,将是关键。Xtacking在提升位密度上的优势-8正是为此服务。同时,更优的能效比(性能/瓦特)也是永恒的追求。

长江存储3D NAND架构(Xtacking)的未来,绝不仅仅是数字上的“300层”、“400层”,而更在于它能否作为一个开放性的三维集成平台,持续地在性能、能效、功能集成度和总体拥有成本上创造独特价值,从而定义下一代存储芯片的新形态。这条路挑战巨大,但机遇也同样广阔。